單軸面筋脫水機,面筋,脫水機
畢業(yè)設計（論文）
1、前言
大學四年就要結束，畢業(yè)設計是本科生獲得學士學位的必要條件。畢業(yè)設計它能夠綜合運用大學間段所學的專業(yè)知識，并與實際的生產相結合,只有在實際的設計過程中我們才能真正的體會到一個機械產品在從設計到生產的一系列工作。
畢業(yè)設計是培養(yǎng)學生綜合運用本學科的基本理論、專業(yè)知識和基本技能，提高分析與解決實際問題的能力，完成工程師的基本訓練和初步培養(yǎng)從事科學研究工作的重要環(huán)節(jié)。畢業(yè)設計能夠培養(yǎng)我們的獨立工作能力、開發(fā)創(chuàng)造能力為主，兼顧所學知識的鞏固、應用和擴大了專業(yè)知識。畢業(yè)設計內容包括工作計劃和組織、檢索與閱讀中外文獻資料、調查研究、方案比較選擇、設計與計算、綜合分析、計算機繪圖、方案模擬抽象、總結提高、撰寫報告等。通過畢業(yè)設計培養(yǎng)學生綜合運用所學基礎理論、基本知識、基本技能和專業(yè)知識，聯(lián)系生產及科研實際完成某一課題，全面檢驗學生分析和解決問題的能力，使學生掌握基本方法，受到初步的工程技術訓練。是培養(yǎng)大學生的創(chuàng)新能力、實踐能力和創(chuàng)業(yè)精神的重要實踐環(huán)節(jié)。
能夠掌握如何針對某一機械設備進行設計，是本次畢業(yè)設計的目的。希望能夠通過此次的畢業(yè)設計能夠達到這一點。運用四年來所學的專業(yè)知識使之與現(xiàn)實中的設備相結合，也正是我們學習的最終目的。用我們的理論知識在現(xiàn)實中能夠有所創(chuàng)新，使中國的制造業(yè)更上一步。
根據(jù)要求，我設計的產品主要適用于小麥谷朊粉生產工藝過程中的濕面筋脫水，也適用于其它類型的粗纖維的脫水。采用該設備可使小麥谷朊粉生產過程中、和面后分離出的多水面筋---濕面筋得到充分的脫水處理。脫水后的面筋經過進一步的干燥加工使其成為谷朊粉，同時可對B淀粉采取回收利用處理，采用該設備是必不可少的技術措施。根據(jù)國內外同類產品的結構特點，我增加了一個出水口，這樣可以使?jié)衩娼顢D壓后的含淀粉殘水得到回收利用，減少洗滌損失，提高淀粉回收率。并從中改善生產環(huán)境，提高副產品的經濟效益。
該產品的傳動平穩(wěn)，工作性能良好以及定位準確，外觀力求輪廓清晰，美觀大方，占地面積小，實用性強。
2、方案論證
針對目前國內小麥淀粉和谷朊粉的加工工藝過程，多采用進口設備，及國內不完善的設備，不是資金昂貴就是設備達不到生產要求。不能正常地實現(xiàn)淀粉與谷朊粉的現(xiàn)代化生產工藝，造成資金的外流與資源的浪費?，F(xiàn)根據(jù)國內外生產廠家的現(xiàn)成設備及有關資料設計此設備。
小麥淀粉在食品、冷飲、 輕工、紡織、制藥、造紙等行業(yè)中有著廣泛的應用。
1：食品行業(yè)。主要應用于火腿腸、粉絲、雪糕、果凍等產品中。以及用于味精、麥精粉、可食性包裝膜、水解及發(fā)酵工業(yè)產品中。
2：紡織行業(yè)。小麥淀粉特別適合于纖維工業(yè)，尤其是織布、漿紗、整理和染色用糊。
3：造紙行業(yè)。小麥淀粉在造紙行業(yè)用量比較大，主要用作濕部的粘結劑、表面涂層、施膠和制造瓦楞紙的粘合劑。
4：醫(yī)藥行業(yè)。主要用作制片劑、稀釋劑等。
5：淀粉深加工業(yè)。生產糊精、氧化酯、淀粉醚、淀粉糖等產品。
6：其他行業(yè)。在其他行業(yè)可用于制焊條、鑄造的砂型、炭精棒成型和干電池等。
谷朊粉是從小麥中直接分離出來的高蛋白聚合物，蛋白質含量為75~80%，脂肪含量為1.0~1.25%，吸水率為150~200%，吸水后的濕面筋保持了原有的自然活性及天然物理狀態(tài)，具有粘性、彈性、延伸性、薄膜成型性和吸脂乳化性。
谷朊粉是糧食工業(yè)、食品工業(yè)和飼料工業(yè)理想的天然添加劑。廣泛應用于生產面包粉、方便面粉、餃子粉、掛面粉等專用粉中，用于改善專用粉的烘焙品質、蒸煮品質、食用品質和營養(yǎng)價值。食品工業(yè)用其制成營養(yǎng)、保健、方便于一體的各類食品，如水面筋、油面筋、烤麩、古老肉、素雞、罐頭、火腿腸等，飼料工業(yè)用于生產高檔水產品如螃蟹、鱉、對蝦等飼料的粘合劑和營養(yǎng)添加劑。不僅提高了飼料的營養(yǎng)價值，還提高了飲料在飼喂中的利用率?？傊入梅墼诿娣坌袠I(yè)、面包行業(yè)、冷凍食品行業(yè)、肉類食品行業(yè)、飼料行業(yè)、化學工業(yè)等行業(yè)中都有著重要的應用。
雖然我國是小麥生產大國，小麥年產量一億噸左右，但是，多年來小麥谷朊粉的生產沒有引起足夠的重視，造成這種情況的原因主要有如下幾種：（1）小麥一直是人們的口糧，所以我國的小麥加工規(guī)模較小、工藝落后；（2）小麥蛋白的黏度較大，烘干困難，不利于工業(yè)化生產；（3）由于小麥加工工藝落后，生產過程中的污水不易治理，環(huán)境污染嚴重；（4）以谷朊粉為原料的制成品樣式較少，市場需求量較小，使得國內對加工谷朊粉的設備要求不是太高，無形中造成了谷朊粉加工工藝技術緩慢。
近年來，在國家相關產業(yè)政策的帶動下，在人們對谷朊粉的需求日趨增長的情況下，我國小麥谷朊粉工業(yè)得到長足的發(fā)展。特別是新的技術、新工藝的引進，使小麥深加工有了技術支撐，一些具有較高開發(fā)創(chuàng)新能力，技術先進、規(guī)模較大的大中型企業(yè)相繼投產，小麥副產品得到充分的利用，促進了行業(yè)的快速發(fā)展。
小麥谷朊粉的工藝技術發(fā)展至今，主要加工工藝如下圖：
這種方法生產淀粉、谷朊粉工藝有如下特點：工藝設備投資省、上馬快、設備操作簡單、穩(wěn)定，以面粉為原料，需要和制粉車間配套建廠，制粉工藝、面粉的面筋含量、灰分、含砂量、淀粉損傷率、蛋白質變性、細菌含量等指標，對生產淀粉、谷朊粉的產品質量影響很大，面筋洗滌、淀粉沉淀不能連續(xù)生產，操作強度大，人為影響因素多，采用沉淀池占地面積大，沉淀率底，生產周期長，衛(wèi)生指標較難保證，水耗大，廢水處理困難，干態(tài)制粉動耗大，綜合生產成本高。
所使用的主要設備有間歇式面筋機、離心篩、沉淀池、三足式人工上卸料離心機、淀粉氣流干燥系統(tǒng)、谷朊粉干燥系統(tǒng)等設備。在這些設備中除纖維分離及干燥設備仍舊被使用外，其余設備均被淘汰。因此在今后的市場競爭中，與先進的工藝相比，無論從技術、質量、價格等方面都無競爭優(yōu)勢。我國小麥谷朊粉工業(yè)要想發(fā)展，在激烈的市場競爭中有一定的能力，就必需進行工藝和設備的改造。要進行工藝改造，首先要設計工藝路線，看它是否可行。然后按照工藝路線設計各種類型的設備，而設備的好壞將直接影響工藝的可行性。因此，從某種意義上來說，谷朊粉工業(yè)的現(xiàn)代化將取決于加工谷朊粉設備的現(xiàn)代化。
針對目前國內淀粉和谷朊粉的生產現(xiàn)狀和工藝過程，我們提出了改進方案的指導思想，即立足國內，結合實情，進行工藝設備的改造，將過去的間歇式、半機械化、敞開式的傳統(tǒng)工藝方法改為連續(xù)式、機械化、管道化的生產工藝，即由間歇式馬丁法改進為連續(xù)式馬丁法，達到生產工藝連續(xù)化、管道化、自動化、實現(xiàn)生產的低消耗、低成本、高質量、高收率、實現(xiàn)少投資、低風險、高產出、高效益的目標。
具體做法是：在面筋的分離工序，用雙軸式自動和面機取代過去的間歇式、手工操作的雙Z葉型面筋機；在淀粉的分級、洗滌工序用蝶片式分離機、臥式螺旋沉降式分離機取代過去的沉淀池；在面筋的脫水工序，用臥式全自動脫水機取代過去的三足式人工上卸料離心機；在纖維分離及干燥工序，仍采用過去的離心篩及氣流烘干設備。
整個工藝可分為5個部分，即面筋分離部分；纖維分離部分；淀粉分級、精制部分；谷朊粉和淀粉的烘干部分。其中，脫水機是谷朊粉烘干之前最重要的一環(huán)，是制得谷朊粉重要的組成部分。下面我們對多水濕面筋脫水工序作一簡單介紹。
多水濕面筋脫水工序，即是有高壓泵將多水濕面筋送入脫水機，由于脫水機采用變螺距結構（變螺距鉸龍），所以物料在機器內既受到軸向擠壓力，也受到一定的徑向力，經過高壓擠壓，面筋與水在鉸龍殼體底端的網格處被擠出來，落入網篩上方，面筋順著網篩落入面筋出口；水成了篩網的篩下物，進入出水口（進入出水口的水含有B-淀粉，可回收，且水也可重新利用）。從而完成了多水濕面筋的脫水工藝。為下一步的干燥提供合適含水量的面筋團。
現(xiàn)在國內使用的脫水機有些使用篩網直接脫水，但這樣的處理方式，并不能很好的脫水，不利于下一步的工藝加工。還有一些使用螺旋擠壓的方式，使用絞龍推擠物料。這種方式，造成功耗較大，資源的浪費。為此，我采用變距絞龍，及在絞龍殼體底端鉆孔，濕面筋與水脫離絞龍，在下層篩網處分離。結構參照如下圖示：
主要結構主要有電動機、聯(lián)軸器、脫水箱、絞龍及其外殼、機架等部分組成的。
3、計算部分
3.1主軸直徑的初步估算
軸是組成機械的一個重要零件。它支撐著其它轉動件回轉并傳遞轉矩，同時它又通過軸承和機架聯(lián)接。所有軸上部件都圍繞軸心線作回轉運動，形成了一個以軸為基準的組合體——軸系部件。
脫水機主軸主要受彎矩和轉矩。所以按彎轉合成力矩初步估算軸徑。
3．1．1初步估算軸徑
選擇軸的材料為40Gr、經調制處理
由機械設計便覽 表45-1查得材料力學性能數(shù)據(jù)為
毛坯直徑
（mm）
硬度
(HB)
抗拉強度極限
σb （MPa）
屈服點
σs
MPa
彎曲疲勞極限σ-1
MPa
扭轉疲勞極限τ-1
MPa
101-300
241-286
686
490
343
181
根據(jù)表38.3-1公式初步算軸徑，由于材料為40Cr，由表38.3-2
軸的材料
40Cr
41Cr18Ni9Ti
[τ]/N· mm-2
40-52
15-25
A
100.7-98
148-125
注：當彎矩相對較小或只受轉矩時，[τ]取較大值，A取較小值；反之[τ]取較小值，A取較大值。所以脫水機選取 A=99 τ=20 則得
=46.7mm
為了減輕機器重量及降低制造成本，初步設計采取空心軸方式。內、外徑比為1：1.25。
由機械零件設計手冊 第13章
表3.13-29空心軸計算系數(shù)b
軸內徑/軸外徑
1/4
1/3
1/2
1/1.6
1/1.4
1/1.25
b
0.9961
0.9877
0.9375
0.847
0.73
0.59
對于空心軸須將實際傳遞的功率P除以空心軸計算系數(shù)b后 由上式得：
d=79.1mm
按上式計算的軸徑、未考慮鍵槽對軸強度的影響，若開一個鍵槽則軸徑增大4%~5%，經計算得：
d=82.3-83.0mm
故主軸直徑取內徑：80mm，外徑：100mm。
3．1．2軸上受力分析
軸傳遞的轉矩T1
T1=1.2x9550x11/105（ N·m）
=1200N·m
絞龍主軸上葉片上圓周力的確定:
由于濕面筋是固液合物為假塑性流體,所受的力很難確定,數(shù)據(jù)都是由試驗得來的,根據(jù)資料按最大所受力約為500N
葉片軸向力的確定：
葉片所受周力的合力為0。
3．1．3主軸的設計計算及校核
估算軸徑
按許用應力計算:
材料選用45鋼。A取值 110
粉碎機功率 P = 100 kw ; n = 1000 r/min;
軸上需要開鍵槽，軸徑增大 10％；
得 d ＝56.17
粉碎機軸徑需要乘以危險系數(shù) 2
確定最小軸徑為
d =112
根據(jù)軸所需結構，繪制軸的草圖如下：
垂直平面受力簡圖
Mn 打板的密度為 7.81 克/. 體積為 :2524.270
重量 G = mg = 7.81xx2.52427x9.8 = 193.203 N ;
打板數(shù)量為 30 ; 總重量為 = 5790 N
轉矩 T = 1050500N
圓周力 =
計算垂直面支撐反力
得到:
= 10871 N
= 5081 N
水平平面受力簡圖
計算水平面支撐反力
作用在軸上得壓力62254.5N
得到:
= 102910.5 N
= 40656 N
彎矩圖
垂直面彎矩圖
水平面彎矩圖
合成彎矩M
許用應力
應力校正系數(shù)
轉矩 T = 1050500N
當量轉矩
在最小軸徑中間截面出
校核軸徑
計算危險截面軸的直徑
軸的最小軸徑取的是d=112mm
軸徑
合格
結論：經校核后知該軸強度和剛度均達到所用的要求。
軸主要校核它的扭轉切應力
τmax=T/2πR0xR0δ=1200/2x3.14x45x10=700.7N
查40Cr的基本數(shù)據(jù)最大扭轉切應力為：1250N， τmax=700.7<1250
所以,扭轉強度符合要求.
3.2滾動軸承的選擇及校核計算
滾動軸承的計算準則
決定軸承尺寸時，要針對主要失效形式進行必要的計算。一般工作條件的回轉滾動軸承，應進行接觸疲勞壽命計算和靜強度計算；對于擺動或轉速較低的軸承，只需作靜強度計算；高速軸承由于發(fā)熱而造成的粘著磨損、燒傷常是突出矛盾，除進行壽命計算外，還需核驗極限轉速。此外，要特別注意軸承組合設計的合理結構、潤滑和密封，這對保證軸承的正常工作往往起決定性的作用。與主要失效形式相對應，滾動軸承具有三個基本性能參數(shù)；滿足一定疲勞壽命要求的基本額定動載荷（軸向或徑向），滿足一定靜強度要求的基本額定靜載荷（軸向或徑向）和控制軸承磨損的極限轉速N0.
滾動軸承的選擇及校核
根據(jù)設計好的軸的尺寸及計算要求，以軸的最小直徑為依據(jù)選定所用的軸承。以下就選用的軸承31328 進行校核。
查手冊 31328的性能參數(shù)：
極限轉速：
滾動軸承預期使用壽命的推薦值：每天工作8小時的機械，滿載荷使用，如機床、木材加工機械、工程機械、印刷機械、分離機、離心機等機械的預期使用壽命為20000—35000。本次設計的機床工作使用壽命為24000小時。
計算步驟及結果
壽命計算
附加軸向力
軸承軸向力
X,Y的值 查表得
查表得
沖擊載荷系數(shù) 查表得
當量動載荷
軸承壽命 因為 ，故只計算軸承1的壽命
靜載荷計算
查手冊
當量靜載荷
兩者取大值
兩者取大值
安全系數(shù) 查表得
計算額定靜載荷
因為，只計算軸承1 軸承
許用轉速驗算
載荷系數(shù) 查圖
查圖
載荷分布系數(shù) 查圖
許用轉速
均大于許用轉速
結論：所選用軸承能滿足壽命、靜載荷與許用轉速的要求。
3.3聯(lián)軸器的選擇
聯(lián)軸器是聯(lián)接兩軸使之同回轉并傳遞轉矩的一種部件。
聯(lián)軸器主要分為剛性聯(lián)軸器和撓性聯(lián)軸器。前者適用于兩軸能嚴格對中并在工作機中不發(fā)生相對位移的地方；后者適用于兩軸有偏斜（可分為同軸線、平行軸線、相對軸線、相交軸線）或在工作機中有相對位移（可分為向位移、徑向位移、角位移、綜合位移）的地方。
一般聯(lián)軸器是根據(jù)載荷情況、計算轉矩、軸直徑和工作轉速來選擇。計算轉矩Tc由下式求出：
Tc=K*T=K*9550*Pw/n<=Tn N·m
式中T——理論轉矩，N·m
Tn——公稱轉矩，N·m;
Tc——計算轉矩，N·m;
Pw——驅動功率，kW;
n——工作轉速，r/min;
K——工作情況系數(shù)，見表4-2-2(文獻2)
考慮動載荷及過載取聯(lián)軸器工作情況系數(shù) k=1.2,則聯(lián)軸器計算轉矩:
Tc=KT=1.2x9550x11/105（ N·m）
=1200N·m
根據(jù)工作要求選取彈性柱銷聯(lián)軸器、由軸徑d=90和Tc 選取聯(lián)軸器的型號為HL7聯(lián)軸器 GB5014-85. 見表4-2-22（文獻2）
名稱＝HL型彈性柱銷聯(lián)軸器
標準=摘自GB/T 5014-1985
單位=(mm)
-----------------------------------------------------------
型號=HL7
額定轉矩Tn(N.m)=6300
許用轉速[n](r/min)\鋼=2240
許用轉速[n](r/min)\鐵=1700
軸孔直徑d1、d2、dz\鋼=80;85;90;95
軸孔直徑d1、d2、dz\鐵=80;85;90;95
軸孔長度\L\Y型=172
軸孔長度\L1\J、J1、Z型=132
軸孔長度\L\J、J1、Z型=172
D=320
D0=250
D1=170
d3=40
l=112
S=4重量(kg)=98 轉動慣量(kg.m^2)=41.1
1.半聯(lián)軸器材料：D≤220鍛鋼，D≥280鑄鋼ZG270-500Ⅱ和鑄鐵HT200。
2.表中聯(lián)軸器重量和轉動慣量是按鋼制半聯(lián)軸器最小軸孔直徑及最大軸孔長度計算。
3.軸孔長度L，L1可按不同要求，從表列規(guī)格中選用。
4.J1為不帶沉孔的短圓柱軸孔。
標記示例：HL7彈性柱銷聯(lián)軸器
主動端：Z型軸孔，C型鍵槽，dz=90, L1=172;
從動端：J型軸孔，B型鍵槽，d2=85, L=172
90x172
HL7聯(lián)軸器------------- GB5014-85
JB85x172
所以該聯(lián)軸器合格，可以使用。
3.4電動機的選擇
選擇電動機的額定功率要等于或稍大于工作要求的功率。容量小于工作要求則不能保證工作機正常工作，或使電動機長期過載發(fā)熱而過早損壞；容量大，則增加成本，并且由于效率和功率因數(shù)低而造成浪費。
所需電動機功率為：
(kw) ------------------(1)
式中：------工作機要求的電動機輸出功率，kw
------工作機所需輸入功率，kw
-----電動機與工作機之間傳動裝置的點效率
工作機所需功率Pw由工作阻力和運動參數(shù)計算求得。
(kw) ------------(2)
式中：------工作機中的阻力，N
V------工作機的線速度，m/s
-----工作機的效率
電機的種類很多，一般最常用的是Y系列三相異步電機，是按照國際電工委員會標準設計的，具有國際互換性的特點，但是根據(jù)要求n=100-110r/min 和 P=10-15kw及實際情況：實際工作中的脫水效率、絞龍軸的轉速是不確定的，所以需要選取變速電機。
YCT系列電磁調整異步電動機有兩個滑機械硬性的旋轉部分組成。異步電動直接拖動鑄鋼電樞旋轉，內部有勵磁線圈的磁極與輸出軸相聯(lián)，通以直流電流時產生磁通。由于磁場及感應電流的作用在輸出軸上產生轉矩。在某一負載時，磁極的勵磁電流越大轉速越高，其自然機械特性較軟，適用于有張力要求的收卷裝置。為得到較硬的機械特性，可把YCT電磁調速異步電動機與測速發(fā)電機、JD型控制器相配套，組成閉環(huán)控制的交流無級調速裝置，適用于恒轉矩或變轉矩無級調速，如帶式輸送機等摩擦負荷以及紡織、印染、冶金、造紙，也適用于風機水泵的調速節(jié)能。
型號含義：
考慮到功率損失和傳動中的效率應該選大些功率的電機 所以選定電機為型號為：YCT225-6B。
電機的基本參數(shù)如下:
型號
額定功率,
kW
調速范圍,
r/min
額定轉矩,
N．m
轉速變化率，δ%
重量，kg
YCT225-6B
11
760-76
103
<3%
248
4、設計部分
4.1絞龍的設計
設計的主要內容
螺旋軸直徑d=(0.2～0.4)D
取d=90mm
確定螺旋轉速n
n=Q/(47D2sψγ0 ?4.1
螺旋輸送機的計算主要是螺旋軸的計算,因為,螺旋軸的結構尺寸確定后,螺旋輸送機的其他尺寸可以隨之確定;另外就是輸送機功率的確定,并由此確定電動機的功率;取料部分畚斗的設計計算.
螺旋軸的計算
螺旋面形的確定:
輸送干燥的,粘度小的小顆粒和粉狀,宜采用實體面形,輸送塊狀或粘度中等的物料宜采用帶式面形,采用葉片型輸送,物料在輸送過程中往往伴隨這混合,攪拌等工藝.
(糧食工程設計手冊)
S～螺距 S=k1*d
D～螺旋直徑
K1～螺旋系數(shù) k1=0.5～1;
當螺旋直徑大于350 時.取k=0.9～1;
當350
800時 ,取k1=0.5～0.7; 水平布置時取大值 ;傾斜布置時取小值, ;輸送流動性好的,琢磨性小的物料時取大值,輸送流動性差的,有一定琢磨性的物料時取小值.充填率小時 取大值,反之 取小值.
實體面型節(jié)距 S=0.8D
帶式面形節(jié)距 S=D
葉片面形節(jié)距 S=1.2D
確定螺旋的直徑D
由資料《糧食輸送機械與運用》，公式4-25
D≥[Q/(47bAψγ0 ?。K1)]1/2.5
Q取Q=80t/h
L喂料器長度L=10m
ψ裝滿系數(shù)取
A物料特性系數(shù)
查表4-3 ψ=0.20-0.35，A=40-50 取ψ=0.33 A=65
γ0輸送物料容重, 小麥一般為0.75t/m3,
?。修正系數(shù) 因該輸送機傾斜放置所以?。值取0.7
K1葉面影響系數(shù),查表4-4取K1=1(滿面式)
s螺距，b=s/D=0.8
代入數(shù)據(jù)
D≥[Q/(47bAψγ0 ?。K1)]1/2.5=0.504m=504mm
查表4-2取D=500mm
。K1)
代入數(shù)據(jù)
n=105.8r/min 取n=90 r/min。
用公式4－21驗算，A＝65
nman=A/D1/2=92 r/min n
收藏